《固体物理》教学大纲
本课程依据应用物理学专业2015版人才培养方案制定。
1、课程名称：固体物理 2、课程代码：B1509119
3、课程管理：数理学院应用物理学教研室 4、教学对象：应用物理学专业
5、教学时数：总时数48学时，其中理论教学48学时，实验实训 学时。 6、课程学分：3 7、课程开设学期：6
8、课程性质：专业主干课程 9、课程衔接：原子物理
一、课程教学目标及要求
本课程的学习目的是掌握固体物理学的基础内容，了解固体物理学的基本理论和方法，并为后续相关课程的学习作铺垫。通过本课程的教学让学生掌握晶体结构、晶体结合、晶格振动与晶体的热学性质、能带理论、金属电子论和晶体的缺陷与相图等内容，提高学生分析解决问题的能力。
二、教学内容及要求
第一章 晶体结构 （一）教学目标
了解固体物理学的基础理论、基本原理和基本方法。课堂教学应力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容。在了解基本概念的基础上，应当结合专业特点，引导学生理论联系实际。
（二）知识点及要求
第一节 晶体结构的周期性 1、了解晶体结构的构成
第二节 常见的实际晶体结构 1、了解并掌握实际晶体结构 第三节 晶体结构的对称性晶系 1、掌握晶体结构的对称性 第四节 密堆积 配位数
1、了解金属原子之间或者粒子之间的相互结合，在形式上可以看作是球体间的相互堆积。
第五节 晶向、晶面及其标志 1、了解晶向、晶面的定义 第六节 倒格子 布里渊区
1、掌握倒格子是和布拉发矢量（晶格矢量）共轭的另一组矢量基，俗称动量空间，适合于用来描述声子电子的晶格动量。
第七节 晶体的X射线衍射 1、掌握晶体的X射线衍射原理 （三）教学重点与难点
本章重点和难点：晶体结构的周期性、倒格子、布里渊区
第二章 晶体结合 （一）教学目标
掌握固体物理学中晶体周期性的描述方法和特点。课堂教学应力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容。在了解基本概念的基础上，应当结合专业特点，引导学生理论联系实际。
（二）知识点及要求
第一节 晶体结合的普遍描述
1、了解原子核分子是怎样结合成晶体的 第二节 晶体结合的基本类型及特性
2、了解离子晶体、分子晶体、原子晶体、金属晶体的特性 第三节 晶体结合类型与原子的负电性
3、掌握晶体结合的基本类型及相应晶体的基本性质；各种结合类型结合能的表示 （三）教学重点与难点
晶体结合的基本类型及其特性
第三章 晶格振动与晶体的热学性质 （一）教学目标
熟练掌握固体物理学中晶格振动和晶体热容的处理方法。课堂教学应力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容。在了解基本概念的基础上，应当结合专业特点，引导学生理论联系实际。
（二）知识点及要求 第一节 一维晶格振动
1、掌握一维单原子链的振动特性 第二节 三维晶格振动 1、掌握三维晶格振动特性 第三节 正则坐标与声子 1、掌握正则坐标的定义
第四节 晶格振动谱的实验测定 1、掌握晶格振动谱的实验测定方法 第五节 离子晶体中的长光学波 1、 掌握长波近似方法 2、 掌握黄坤方程
第六节 晶格振动的热力学函数 模式密度 1、掌握晶格振动的热力学函数的表示方法 第七节 晶格热容
1、掌握晶格热容的相关计算
第八节 晶体的状态方程和热膨胀 1、掌握晶体的状态方程的表示方法 第九节 晶体热传导
1、掌握晶体热传导的特性 （三）教学重点与难点
一维和二维晶格振动的处理方法、正则坐标与声子、晶格振动的热力学函数、晶格热容 第四章 能带理论
（一）教学目标
学习和掌握能带理论的基本思想和处理方法、固体导电性能的能带解释和能态密度的计算方法。课堂教学应力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容。在了解基本概念的基础上，应当结合专业特点，引导学生理论联系实际。
（二）知识点及要求
第一节 能带理论的基本假定 1、掌握固体能带理论的方法
第二节 周期场中单电子状态的一般属性
1、掌握周期场是由布洛赫函数描述的能带结构的必要条件 第三节 近自由电子近似
1、掌握依据能带理论，可以认为固体内部电子不再束缚在单个原子周围，而是在整个固体内部运动，仅仅受到离子实势场的微扰
第四节 紧束缚近似
1、掌握紧束缚近似是将在一个原子附近的电子看作受该原子势场的作用为主，其他原子势场的作用看作微扰，从而可以得到电子的原子能级和晶体中能带之间的相互关系。
第五节 能带理论的其他近似方法 1、掌握紧束缚法的基本理论
第六节 晶体中电子的准经典运动
1、掌握晶体中电子的能量本征值及相应的本征态 第七节 固体导电性能的带论解释
1、掌握以分子轨道理论为基础发展起来的固体能带理论 第八节 能态密度
1、掌握能态密度的定义 （三）教学重点与难点
能带理论的基本假定、近自由电子近似、紧束缚近似、能态密度 第五章 金属电子论 （一）教学目标
掌握金属电子的统计分析方法、金属费米面和费米能的计算、金属的光学性质。课堂教学应力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容。在了解基本概念的基础上，应当结合专业特点，引导学生理论联系实际。
（二）知识点及要求
第一节 金属电子的统计分析 费米能 1、掌握费米能的定义 第二节 金属的费米面
1、掌握金属费米面的计算方法 第三节 金属费米面的实验测定 1、掌握金属费米面的实验测定方法 第四节 金属的电导与热导 1、掌握金属的电导与热导规律 第五节 功函数 接触电势
1、掌握功函数 接触电势的定义 第六节 金属的光学性质 1、掌握金属的光学分析方法 （三）教学重点与难点
金属电子的统计分析 金属的费米面 金属的电导与热导
第六章 晶体的缺陷与相图
（一）教学目标
了解晶体中的缺陷类型及其特点、晶体中的扩散及其微观机制、离子晶体的点缺陷及其导电性和相图。课堂教学应力求使学生弄清基本概念，熟练掌握基本内容。在了解基本概念的基础上，应当结合专业特点，引导学生理论联系实际。
（二）知识点及要求 第一节 点缺陷
1、掌握点缺陷是最简单的晶体缺陷，它是在结点上或邻近的微观区域内偏离晶体结构的正常排列的一种缺陷。
第二节 晶体中的扩散及其微观机制
1、掌握晶体中的原子借助于无规热涨落现象在晶格中的输运过程称为扩散。 第三节 离子晶体的点缺陷及其导电性
1、掌握离子晶体的点缺陷及其导电性由于离子晶体是由正负离子在库仑力的作用下结合而成的,因而使离子晶体中的缺陷带有一定的电荷。
第四节 线缺陷 位错
1、掌握线缺陷指二维尺度很小而第三维尺度很大的缺陷。 第五节 面缺陷
1、掌握面缺陷是指沿着晶格内或晶粒间某些面的两侧局部范围内所出现的晶格缺陷。 第六节 合金与相图
1掌握合金与相图纯金属由于缺乏足够的硬度和强度很少直接在工业中应用，给纯金属掺入适当的杂质可以大大的改变金属的性能。
（三）教学重点与难点
本章重点和难点：晶体中的缺陷类型及特点、晶体中的扩散及其微观机制、离子晶体的点缺陷及其导电性、相图
三、实验教学内容与基本要求
无
四、课程时数分配表
（一）总体学时分配 教 学 内 容 第一章 晶体结构 第二章 晶体结合 第三章 晶格振动与晶体的热学性质 第四章 能带理论 第五章 金属电子论 第六章 晶体的缺陷与相图 合 计 课堂 授课 8 8 8 8 8 8 48 实验 上机 作业 其它 合计 8 8 8 8 8 8 48
五、考核内容
（一）基本要求
1、全面考查学生对本课程的基本原理、基本概念和主要知识点学习、理解和掌握的情况。
2、考察学生能应用物理知识解释自然界中物理现象、分析和解决物理学基本问题的能力。
（二）考核内容 1、晶体结构
（1） 晶体结构的周期性
（2） 常见的实际晶体结构 （3） 晶体结构的对称性晶系 （4） 密堆积 配位数
（5） 晶向、晶面及其标志 （6） 倒格子 布里渊区 （7） 晶体的X射线衍射 2、晶体结合
（1）晶体结合的普遍描述
（2）晶体结合的基本类型及特性 （3）晶体结合类型与原子的负电性 3、晶格振动与晶体的热学性质 （1） 一维晶格振动 （2） 三维晶格振动 （3） 正则坐标与声子
（4） 晶格振动的热力学函数 模式密度 （5） 晶格热容 4、能带理论
（1） 能带理论的基本假定
（2） 周期场中单电子状态的一般属性 （3） 近自由电子近似
（4） 能带理论的其他近似方法 （5） 晶体中电子的准经典运动 （6） 固体导电性能的带论解释 5、金属电子论
（1） 金属电子的统计分析 费米能 （2） 金属的费米面
（3） 金属费米面的实验测定 （4） 金属的电导与热导 6、晶体的缺陷与相图
（1） 晶体中的扩散及其微观机制 （2） 离子晶体的点缺陷及其导电性 （三）考核方式
1、考试方法：闭卷、笔试。
2、记分方式：百分制，满分为100分。
固体物理
